Προόδους στην Παραγωγή Υδρογόνου με Ηλεκτρόλυση Βασισμένη σε Νικέλιο

Προχωρώντας με την Ηλεκτρόλυση για την Παραγωγή Υδρογόνου

Hydrogen is considered a serious candidate for replacing fossil fuels. This is true in transportation, thanks to fuel cells, and in industrial processes where hydrogen’s high combustion temperature can replace coal & natural gas when electrification is not an option.

Ένα πρόβλημα είναι ότι το υδρογόνο δεν βρίσκεται συχνά σε εύκολα προσβάσιμες φυσικές αποθέσεις όπως το φυσικό αέριο. Αντίθετα, πρέπει να παραχθεί τεχνητά, με την ηλεκτρόλυση να είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος.

Η ηλεκτρόλυση είναι η διάσπαση του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο. Μεταξύ των προβλημάτων της τρέχουσας μεθόδου ηλεκτρόλυσης είναι η χαμηλή απόδοση (σπατάλη ενέργειας) και το υψηλό κόστος, κυρίως λόγω ακριβών καταλυτών όπως το πλατίνα.

A research team from Korea might have found a way to both boost efficiency and replace the expensive catalysts with much more affordable and abundant nickel.

Νανοδιάταξη Νικελίου που Αυξάνει την Παραγωγή Υδρογόνου

The researchers of Professor Jong Kyu Kim’s team at the Department of Materials Science and Engineering at POSTECH (Πανεπιστήμιο Ποχάνγκ, Κορέα) have been looking to solve a major issue with hydrogen electrolysis.

Πηγή: POSTECH

Το πρόβλημα είναι ότι όταν παράγεται, το υδρογόνο παραμένει «κολλημένο» στον καταλύτη, εμποδίζοντάς τον να έρθει σε επαφή με περισσότερο νερό και να συνεχίσει τη λειτουργία του. Αυτό μειώνει την απόδοση, αυξάνοντας την απαιτούμενη ενέργεια και τελικά απαιτώντας πιο ακριβά καταλύτες από ό,τι χρειάζεται.

Αντίθετα, ο καθηγητής Jong Kyu Kim και η ομάδα του έχουν δημιουργήσει προσεκτικά κατασκευασμένες, όχι πλήρως κατακόρυφα ευθυγραμμισμένες νανοράβδους εξόδους από νικέλιο. Η νανοδομή και η κεκλιμένη γωνία των ραβδών νικελίου παρουσιάζουν αυτό που ονομάζεται «υπέρ-αεροφοβία», προκαλώντας τα φυσαλίδες υδρογόνου να αποκολλώνται πιο εύκολα.

Αυτό, με τη σειρά του, ελευθερώνει χώρο ώστε το νερό να φτάσει στον καταλύτη και να επιτευχθεί πιο αποδοτική ηλεκτρόλυση.

Πηγή: POSTECH

This can dramatically boost the efficiency of the process, with a remarkable 55x improvement in hydrogen production efficiency compared to an equivalent amount of nickel in a traditional thin film structure.

Επέκταση Πέρα από τους Καταλύτες Νικελίου

The technology used nanorods of nickel but does not have to be limited to this metal. In fact, this metal of oblique nanorods reducing hydrogen adhesion can theoretically be used with any other catalyst. So, what does it mean for hydrogen prospects?

Καλύτερη Ηλεκτρόλυση

Currently, most hydrogen produced in the world is made from natural gas. This is economically more profitable but defeats the purpose of producing hydrogen to reduce carbon emissions.

Προς το παρόν, το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου που παράγεται παγκοσμίως προέρχεται από φυσικό αέριο. Αυτό είναι οικονομικά πιο κερδοφόρο, αλλά αναιρεί τον σκοπό της παραγωγής υδρογόνου για τη μείωση των εκπομπών άνθρακα.

Για να αποκτήσουμε πραγματικά ουδέτερο σε άνθρακα υδρογόνο, η παραγωγή του από ηλεκτρισμό που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές είναι η σωστή πορεία, συνήθως αποκαλούμενη «πράσινο υδρογόνο».

Οποιαδήποτε μέθοδος που μπορεί να μειώσει το συνολικό κόστος της αλυσίδας εφοδιασμού του πράσινου υδρογόνου είναι ένα βήμα πιο κοντά στο να το κάνει βιώσιμη εναλλακτική λύση στα ορυκτά καύσιμα.

Αυτό θα μπορούσε να ισχύει για τους «κλασικούς» υψηλής απόδοσης, υψηλού κόστους καταλύτες πλατίνας, ίσως σε συνδυασμό με τις ράβδους νικελίου.

Θα μπορούσε επίσης να είναι δυνατόν να εφαρμοστεί σε άλλους πρόσφατα ανακαλυφθέντες οικονομικούς καταλύτες ηλεκτρόλυσης, όπως το ρουθένιο, το πυρίτιο και το βολφράμιο (RuSiW) που καλύψαμε στο άρθρο μας «Το Πράσινο Υδρογόνο Έρχεται να Αντικαταστήσει το Γκρι καθώς οι Νέοι Ηλεκτροκαταλύτες Καθιστούν την Παραγωγή Οικονομικά Αποδοτική».

Καλύτερη Αλυσίδα Εφοδιασμού Υδρογόνου

Electrolysis is also just one of the steps that can be improved to make hydrogen a keystone of our energy systems.

Η ηλεκτρόλυση είναι επίσης μόνο ένα από τα βήματα που μπορούν να βελτιωθούν ώστε το υδρογόνο να γίνει θεμέλιος λίθος των ενεργειακών μας συστημάτων.

Για παράδειγμα, καλύτερες κυψέλες καυσίμου θα μπορούσαν να κάνουν τα οχήματα υδρογόνου ισχυρούς ανταγωνιστές των ηλεκτρικών οχημάτων, κάτι που συζητήσαμε στο άρθρο μας «Είναι τα Κύτταρα Μπαταρίας Μόνο Προκαταρκτικό Στάδιο για τις Κυψέλες Καυσίμου Υδρογόνου; Η Πραγματική Επόμενη Γενιά των EV;».

Και πιο αποδοτικές λύσεις αποθήκευσης μεγάλης κλίμακας μπορούν να κάνουν το υδρογόνο πολύ πιο εύκολο στη διαχείριση και διανομή, κάτι που συζητήσαμε στο άρθρο μας «Το Υδρογόνο Κατέστη Περισσότερο Ελκυστικό ως Πηγή Ενέργειας Μέσω Επανάστασης στην Κατακράτηση».

Πιθανές Άλλες Εφαρμογές

The use of inclined nanorods for creating super-aerophobicity could have applications beyond hydrogen.

Η χρήση κεκλιμένων νανοράβδων για τη δημιουργία υπέρ-αεροφοβίας θα μπορούσε να έχει εφαρμογές πέρα από το υδρογόνο.

Το πρώτο αποτέλεσμα είναι ότι με φθηνή και αποδοτική παραγωγή υδρογόνου έρχεται εξίσου αποδοτική παραγωγή αμμωνίας. Η αμμωνία έχει μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι του υδρογόνου για εφαρμογές όπως καύσιμο για τη ναυτιλία, κάτι που συζητήσαμε στο «Αποανθρακοποίηση των Παγκόσμιων Διαδρομών Ναυτιλίας μέσω Πράσινης Αμμωνίας».

Ο καθηγητής Jong Kyu Kim ανέφερε επίσης ότι η τεχνολογία των νανοράβδων θα μπορούσε να ωφελήσει άλλες χημικές διεργασίες που περιλαμβάνουν αέριο.

«Βελτιώνοντας την αποδοτικότητα της διαδικασίας ηλεκτρόλυσης του νερού για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου, προχωράμε προς μια οικονομία υδρογόνου και μια κοινωνία ουδέτερη σε άνθρακα.

Αυτή η επανάσταση ωφελεί την ηλεκτρόλυση του νερού και προσφέρει υποσχέσεις για διάφορες άλλες εφαρμογές ανανεώσιμης ενέργειας όπου οι επιφανειακές αντιδράσεις παίζουν κρίσιμο ρόλο, όπως η μείωση του διοξειδίου του άνθρακα και τα συστήματα μετατροπής φωτεινής ενέργειας.»

Έτσι, αυτή η καινοτομία θα μπορούσε να ξεπεράσει το υδρογόνο και να έχει σοβαρό αντίκτυπο στη σύλληψη άνθρακα και στην τεχνητή φωτοσύνθεση, μια ιδέα που ξεκινήσαμε να εξερευνήσουμε στο «Τεχνητή Φωτοσύνθεση και Βιοδιασπασιμότητα: Αντιμετώπιση της Απειλής των Πλαστικών με Βιωσιμότητα στο Μυαλό».

Εταιρείες Λύσεων Υδρογόνου

1. Aker Horizons ASA

The discovery on how to use nickel nanorods is just the latest in a series of innovations boosting the prospects of hydrogen as an alternative fuel and energy storage solutions. So it might pay off to have a diversified exposure to all the stages of the hydrogen supply chain.

Η ανακάλυψη για το πώς να χρησιμοποιηθεί τα νάνορα νικελίου είναι η πιο πρόσφατη σε μια σειρά καινοτομιών που ενισχύουν τις προοπτικές του υδρογόνου ως εναλλακτικού καυσίμου και λύσεων αποθήκευσης ενέργειας. Έτσι, μπορεί να αποδειχθεί επωφελές να έχετε διαφοροποιημένη έκθεση σε όλα τα στάδια της αλυσίδας εφοδιασμού του υδρογόνου.

Aker Horizons is a subsidiary of the Aker group, which is centered around green energy. The Aker group is an important Norwegian conglomerate focusing on renewables and marine/offshore businesses. Aker Horizon is the holding company for several subsidiaries, including carbon capture, green hydrogen, and renewable energies.

Πηγή: Aker

Η εταιρεία είναι ιδιαίτερα ενεργή στην παραγωγή υδρογόνου και πράσινης αμμωνίας, με στόχο την αποανθρακοποίηση της ναυτιλίας στην Αρκτική, ιδιαίτερα στη Νορβηγία.

Η Aker Horizons μπορεί να διαχειριστεί ολόκληρη την κάθετη ενσωμάτωση του πράσινου υδρογόνου & αμμωνίας, από τα θαλάσσια αιολικά πάρκα μέχρι την παραγωγή υδρογόνου και την παραγωγή πράσινης αμμωνίας.

Επίσης εργάζεται σε έργα όπως η μετατροπή αποβλήτων σε ενέργεια στη Γαλλία, ένα βιομάζα εργοστάσιο στη Γερμανία και η σύλληψη άνθρακα στη Μέση Ανατολή (Σαουδική Αραβία και ΗΑΕ).

This makes it a good stock for investors looking for exposure to the green energy sector at large, with a strong positioning on green ammonia & shipping, but also other green energies, and some geographical diversification.

2.  Ballard Power Systems Inc.

Δεν είμαστε ακόμη σίγουροι ποια θα είναι η κύρια αγορά για το υδρογόνο. Θα μπορούσε να είναι η παραγωγή ενέργειας και το καύσιμο για αυτοκίνητα, αλλά ίσως παραμείνει περιορισμένο σε πιο βαριές εργασίες που είναι πιο δύσκολο να ηλεκτριστούν.

Η Ballard είναι κατασκευάστρια κυψέλων καυσίμου και πρωτοπόρος της τεχνολογίας με το πρώτο της λεωφορείο κυψέλης καυσίμου το 1993.

Η εταιρεία εστιάζει στις αγορές βαρέων εργασιών: λεωφορεία, φορτηγά, τρένα/τραμ, πλοία, εξόρυξη/κατασκευές και ενέργεια. Ενώ τα λεωφορεία ήταν ο πυρήνας της επιχείρησης, η εταιρεία αναμένει ότι μέχρι το 2025 τα φορτηγά θα αποτελέσουν σημαντικό τμήμα της δραστηριότητας. Αναμένει επίσης ότι η Ευρώπη θα παραμείνει η κύρια αγορά της (50‑60 %), ακολουθούμενη από τη Βόρεια Αμερική (25 %).

Τα κυψέλες καυσίμου για φορτηγά αναμένεται να συνεχίσουν να αυξάνονται και να αντιπροσωπεύουν αγορά 7,5 δισεκατομμυρίων δολαρίων το 2030 (από συνολική διεύρυνση αγοράς 195 δισεκατομμυρίων δολαρίων), σχεδόν τόσο μεγάλη όσο όλες οι άλλες εφαρμογές υδρογόνου/κυψέλης καυσίμου μαζί.

Αυτή η ανάπτυξη θα μπορούσε να επιταχυνθεί εάν οι τιμές παραγωγής υδρογόνου μειωθούν χάρη σε νέες τεχνολογίες όπως η βελτιωμένη και φθηνότερη ηλεκτρόλυση.

Πηγή: Ballard

Λόγω της υψηλότερης απαιτούμενης ισχύος και της ανάγκης για γρήγορη φόρτιση, τα οχήματα βαρέων εργασιών έχουν αποτελέσει μια καλή αγορά για το υδρογόνο και τις κυψέλες καυσίμου σε σχέση με τα ελαφρύτερα οχήματα όπως τα αυτοκίνητα. Επίσης μειώνει την ανάγκη για καλώδια κατηφόρας για σιδηρόδρομους και λεωφορεία τρένων.

Πηγή: Ballard

Η εταιρεία δεν είναι άγνωστη και στην αμμωνία, με παράδειγμα το πρόσφατο συμβόλαιο με Amogy για την παροχή κυψέλων καυσίμου στην «πλατφόρμα αμμωνίας-προς-ενέργεια που βασίζεται σε μοναδική τεχνολογία διάσπασης αμμωνίας».

Ενώ τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν λογική πιθανότητα να καταλάβουν γρήγορα τις αγορές αυτοκινήτων, τα βαρύτερα οχήματα είναι πιο δύσκολο να αποανθρακοποιηθούν.

Με την καθιερωμένη ηγεσία της στον τομέα, η Ballard θα ήταν κύριος ωφελούμενος από μια πολιτική ώθηση προς μια οικονομία υδρογόνου, καθώς και από τη γρήγορη μείωση του κόστους παραγωγής υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης βασισμένης σε νικέλιο.